Сұйықтар мен газдардың механикасын зерттейтін физиканың бөлімдері

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 10 бет
Таңдаулыға:

Сұйықтар мен газдардың механикасын зерттейтін физиканың бөлімдері
Гидроaэромеханика-сұйықтар мен газдардың механикалық қасиеттерін, олардың қозғалысын және олардың ішіндегі қатты денелердің қозғалысын зерттейтін физиканың бөлімі. Газ және сұйық-бұл заттың әртүрлі агрегаттық күйлері, бірақ олардың ортақ қасиеті-аққыштығы бар. Сондықтан аққыш заттар механикасы үшін сұйықтар мен газдардың арасында үлкен айырмашылық жоқ. Сұйық ауырлау, бірақ газдардың ортақ қасиеті, яғни пішіндерін тез өзерту қабілеттілігі барынша маңыздырақ.
Гидроаэростатика сұйық немесе газдың тыныштық күйін немесе олардың қозғалыс жаылдамдылығы аз күйін зерттейді. Гидростатиканы ғылым ретінде қалыптастыруда ежелгі грек ғалымы Архимед(б.з.д. IIIғ.),италиялық физик Э.Торричелли (1608-1647), француз физигі Б.Паскаль (1623-1662) сияқты көптеген атақты оқымыстылар үлкен рөл атқарды.
Гидроаэродинамика сұйық пен газдардың қозғалысын, сол сияқты ұшқыш аппараттар мен суасты қайығының, су көліктерінің, сонымен қатар денелердің (метеориттердің, кометалардың)атмосферадағы қозғалысын, құстардың, жәндіктердің ұшуын зерттейді. Гидроаэродинамика ілімін құруда швейцар физигі Д.Бернуллидің (1700-1782) еңбегі шексіз. Гидроаэродинамика заңдары техника мен өндірісті, олардың көмегімен ұшқыш аппараттардың, кемелердің, автокөліктердің сыртқы пішінін жақсартуда, сол сияқты сұйықтар мен газдарды қолданатын өндірістік процестердің тиімділігін арттыруда(аэрозольдік бүркуде, оптикалық талшықтар дайындауда) пайдалы. Гидроаэродинамиканың заңдары ауа мен судың динамикалық қасиеттерімен байланысты табиғи құбылыстарды түсіндіруде және болжауда көмектеседі. Ғарыштық кемелерді және зымырандарды құрастыруда осы ғарыштық ұшқыш аппараттардың Жер атмосферасындағы қозғалыс заңдары білу барынша маңызды мәселе. Үлкен жылдамдықтарда ұшқыш аппараттардың пішінін және қырынан қарағандағы сұлбасын(кескінін) білу қажет. Осы құбылыстарды зерттеуге кеңес физигі С.П.Королев (1907-1966)барынша маңызды үлес қосты.
Архимед заңы - аэростатикамен гидростатиканың сұйыққа (газға) батырылған денеге, көлемі сол дененің көлеміндей сұйықтың салмағына тең әрі онан әрқашан да жоғары қарай бағытталған кері итеруші күш әсер ететіндігін анықтайтын негізгі заңы. Дененің ығыстырып шығарған сұйығының ауырлық центріне (орталығына) түсетін итеруші күшті архимедтік не гидростатикалық көтеруші күш деп атайды. Егер дененің салмағы архимедтік күштен кем болса, онда дене сұйық бетіне қалқып шығады, ал дененің салмағы архимедтік күштен артық болса, онда дене сұйыққа батып кетеді. Дененің салмағы архимедтік күшке тең болса, дене сұйық ішінде жүзіп жүреді. Бұл заңды Архимед б.з.б. 3 ғасырда ашқан. Архимед заңы денелердің сұйықта, не газда жүзуінің теориялық негізі болып саналады.

Архимед күші.
Архимед күші
Архимед күші -- тепе-теңдік жағдайдағы сұйыққа тұтастай немесе жартылай батырылған кез келген дененің бетіне төменнен жоғарыға қарай тік бағытта әсер ететін гидростатикалық қысым күші. Архимед күші ауырлық күшіне қарсы бағытталған. Тік жоғары бағытталған көтеруші күш (Архимед күші) көлемі дене көлеміндей сұйық салмағына тең болады: Р = gV = G; G - дененің салынған ортаның тығыздығы, V -- дененің көлемі. Дененің салмағы мен көтеруші күштің шамаларын салыстырып, дененің сұйық ішіндегі тепе-теңдік жағдайын анықтауға болады. Егер: Р G болса, онда дене сұйықтыққа батып кетеді. Р G жағдайында дене сұйық бетіне қалқып шығады, ал Р = G кезінде дене сұйық ішінде жүзіп жүреді.
Архимед күші жайлы аңыз
Аңызда айтылатындай, Сиракуз патшасы Гиерон Архимедке зергер жасаған тәждің таза алтыннан немесе алтын мен күмістің қоспасынан жасалынғанын анықтауды тапсырды. Бұл есепті шеше алмай, Архимед көп күн әуреленді. Бір күні толтыра су құйылған ваннаға түскен кезде кенеттен ойына әлгі есептің шешуі келген екен дейді. Өзінің ашқан жаңалығына шаттана куанған ол Эврика! (Таптым!) деп Сиракуз көшелерінің бойымен айғайлап жүгірген екен. Сірә, жаңалық ашқан адам ерекше бір сезімге бөленетін болар.
1-тәжірибе
Архимедтің ашқан жаңалығының мән-мағынасын түсіну үшін қарапайым тәжірибе жасап көрейік. Динамометр ілгегіне қандай да бір дене ілейік те, оның шкаласының көрсетуі бойынша ауырлық күшінің мәнін белгілеп алайық. Осыдан кейін денені толық суға батырайық . Динамометр көрсетуі өзгергенін байқаймыз. Неліктен? Дененің массасын өзгерткеніміз жоқ. Демек, бұл жағдайда денеге ауырлық күшінен басқа оны судан ығыстыратын күш әрекет етеді. Ол күш қалай пайда болады? Сұйықтың қысымы туралы білімімізге сүйене отырып, осы сұйыққа батырылған денеге қандай күштер әрекет ететінін қарастырайық. Дененің бүйір жақтарына әрекет ететін күштер тең және олар бірін-бірі теңгеріп тұрады. Бұл күштердің әрекетінен дене тек сығылады. Дененің үстіңгі жағын биіктігі һ1 су бағаны F1 күшпен, ал төменгі жағын биіктігі һ2 су бағаны F2 күшпен қысады. Мұндағы һ2, су бағанының биіктігі һ1 биіктіктен көп, сондықтан F2 күші де F1 күштен көп болады. Демек, денені сұйықтан ығыстыратын күш F1 және F2 күштерінің айырымына тең, яғни
F = F2 - F1
Сонымен, сұйыққа батырылған денеге осы денені сұйықтан ығыстыратын күш әрекет етеді.
2-тәжірибе
Енді биіктігі һ табанының ауданы S болатын параллелепипед тәрізді денеге тығыздығы ρс сұйық тарапынан әрекет ететін ығыстырушы күштің мәнін анықтайық. Алдымен дененің үстіңгі бөлігіне сұйықтың түсіретін қысым күшін есептейік. h1 сұйық бағанының дененің үстіңгі бетіне түсіретін қысымы
p1 = ρсg h1 онда
F1 = p1S = ρсg h1S
болады. Ал дененің төменгі бетіне сұйықтың түсіретін қысым күші:
F2 = p2S = ρсg h2S, мұндағы
p2 = ρсg h2 - биіктігі h2 сұйық бағанының қысымы.
Онда Fы = F2 - F1 = ρсg (h2 - h1)S
Параллелипипед биіктігі һ(һ= h2 - h1) екенін ескерсек, онда
Fы = ρсghS немесе Fы= ρсgVд
болады, мұндағы Vд=Sh - дененің көлемі.
Ығыстырушы күштің формуласына сұйықтың тығыздығы кіретініне назар аударайық. Ал бұдан дене көлемінің сұйық тығыздығына көбейтіндісі дененің алатын көлеміндегі сұйық массасын береді: mс = ρс Vд Егер дене сұйыққа толық батпаған болса, онда ρс Vд көбейтіндісі дененің сұйыққа батқан бөлігі алатын көлеміндегі сұйық массасын береді, яғни Fы= ρсgVб.б. , мұндағы Vб.б. - дененің сұйыққа батқан бөлігінің көлемі. Бұл өрнектің оң жағы сұйыққа батырылған дене ығыстырған сұйықтың салмағына тең екенін байқауға болады.
3-тәжірибе
Ығыстырушы күштің мәнін біз теориялық түрде қорытып шығардық. Енді алынған нәтижені тәжірибеде тексерейік. Динамометр ілгегіне цилиндр тәрізді дене және осы дене ішіне толық сыятындай ыдыс ілейік Осыдан кейін денені суға батырғанға дейінгі динамометр көрсетуін белгілеп алайық. Үстелге шүмегінің деңгейіне дейін су құйылған ыдыс және оның қасына кішірек сауыт қояйық. Енді денені абайлап ыдыстағы суға батырамыз. Ығыстырушы күштің әрекетінен динамометр серіппесінің көрсеткіші жоғары көтеріле бастайды. Дене суға батқан сайын суды ығыстыра түседі де, ығыстырылған су сауытка құйылады. Дене суға толық батқан кезде, динамометр дененің судағы салмағы қаншаға азайғанын көрсетеді. Егер дене ығыстырып шығарған сүйықты динамометрге ілінген ыдысқа құйсақ, онда динамометр көрсеткіші өзінің бұрынғы орнына қайтадан келеді. Бұдан дененің салмағы ыдыстан ағып шыққан сұйықтың салмағына тең шамаға азайғанын байқаймыз. Осы байланысты Архимед те байқаған болатын. Енді Архимед заңын тұжырымдайық: сұйыққа батырылған денеге оның сұйыққа батқан бөлігі көлеміндегі сұйықтың салмағына тең ығыстырушы күш әрекет етеді. Сұйыққа батырылған денені ығыстыратын Fы күшті архимед күші (Fа) деп те атайды. Сонымен:
Fа = ρсgVд
Архимед күші сұйыққа батырылған дененің тығыздығына тәуелді болмайтынына көңіл аударыңдар. Архимед заңын тұжырымдауда біз салмақ сөзін қолдандық. 4-тәжірибе
Пішіні күрделі немесе үлкендеу денелердің тығыздығын Архимед заңына негізделген гидростатикалық өлшеу әдісі арқылы анықтауға болады. Алдымен дененің салмағы ауада өлшенеді. Осыдан кейін дене тығыздығы белгілі сұйыққа толық батырылады. Денеге әрекет ететін екі күш бұл жағдайда тең және қарама-қарсы бағытталғандықтан (ауырлық күші төмен қарай, ал архимед күші жоғары қарай), дененің сұйық ішіндегі Р1 салмағы дененің ауадағы Р = mg салмағынан Fа=pg Vд архимед күшіне тең шамаға кем болады, яғни Р1=Р - Fа , ал бұдан сұйыққа толық батырылған денеге әрекет ететін архимед күші Fа=Р- Р1 немесе ρсgVы.с. = Р- Р1
мұндағы Vы.с. - дене ығыстырған сұйықтың немесе газдың көлемі. Егер дене сұйыққа толық бататын болса, онда ығыстырылған сұйықтың көлемі дененің көлеміне (Vд= Vы.с.) тең болады.
{\displaystyle V_{d}={{P} \over {g\rho _{d}}}}{\displaystyle {P-P_{1}}={{P} \over {g\rho _{d}}}g\rho _{c}}
{\displaystyle \rho _{d}={{P} \over {P-P_{1}}}\rho _{c}} Дененің жүзу шарттары
Сұйықтықта немесе газда орналасқан дененің жүзуі, я болмаса батуы оның ауырлық күші {\displaystyle \mathbf {F} _{P}} мен Архимед күштерінің {\displaystyle \mathbf {F} _{A}}модульдерінің қатынасымен анықталады. Әр бір дене үшін келесі үш жағдай болуы мүмкін:
{\displaystyle \mathbf {F_{P}} \mathbf {F} _{A}} -- дене батады;
{\displaystyle \mathbf {F_{P}} =\mathbf {F} _{A}} -- дене сұйықтықта немесе газда жүзеді;
{\displaystyle \mathbf {F_{P}} \mathbf {F} _{A}} -- дене жүзбейінше қалқып шыға береді.
Басқа формулировка (мұнда {\displaystyle \mathbf {p_{d}} } -- дене тығыздығы, {\displaystyle \mathbf {p_{o}} } -- дене батырылған ортаның тығыздығы):
{\displaystyle \mathbf {p_{d}} \mathbf {p} _{o}} -- дене батады;
{\displaystyle \mathbf {p_{d}} ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.